EM2011 Serie de Problemas 01 -Problemas Fundamentales-

1. EM2011Serie de Problemas 01-Problemas Fundamentales- G09NL15 Juan Manuel Flórez Universidad Nacional de Colombia Dpto. de Física Mayo 2011

2. Faraday • Una barra conductora, de longitud L, se mueve, con velocidad V, hacia la derecha sobre un conductor con forma de U en un campo magnético uniforme que apunta hacia fuera de la página. Averiguar la fuerza electromotriz inducida en función de B, L y V.

3. La f.e.m. se calcula así: Por lo tanto, la f.e.m. en este caso es:

4. Capacitores 2. Calcule la capacitancia de un capacitor de placas paralelas que miden 20 cm x 30 cm y están separadas por una brecha de aire de 1 mm. • cuál es la carga en cada placa si a través de ellas se conecta una batería de 12VDC? • estime el área para construir un capacitor de 1 Faradio.

5. 2. εr = Constante dieléctrica del aire = 1,00059 • ε0 = Constante eléctrica en el vacío = 8,854x10-12 • A = área de cada placa = (0.2)(0.3) = 0.06 m2 • d = distancia entre las placas = 1x10-3 cm • Al conectarlo a una batería de 12 V

6. Para un capacitor de un Faradio en el vacío (εrdel vacío es 1): • Con una distancia de un milímetro: • Aproximadamente 113 millones de metros cuadrados, cada una de las placas

7. Energía almacenada en un capacitor(de una unidad de flash en una cámara fotográfica) 3. Cuánta energía eléctrica puede almacenar un capacitor de 150 microfaradios a 200 V? 4. Si dicha energía se libera en 1 milisegundo cuál es la salida de potencia equivalente?

8. 3. La energía almacenada en un capacitor se halla con la fórmula: • Si se libera toda la energía en un milisegundo (10-3 s) la potencia resultante es:

9. Corriente es Flujo de carga eléctrica 5. Cuál es la carga que circula cada hora por un resistor si la potencia aplicada es un kilovatio

10. Con una potencia de un kilovatio , la energía que circula en una hora es: Por definición de Julio: Suponiendo un potencial de 100V:

11. Corriente eléctrica 6. Por un alambre circula una corriente estacionaria de 2.5 A durante 4 minutos. a) Cuánta carga total pasa por su área transversal durante ese tiempo? b) a cuántos electrones equivaldría?

12. Con una corriente de 2.5 amperios durante 4 minutos fluye una carga de: Por definición de Amperio: • La carga de un electrón es 1,602x10-19 por lo tanto un culombio contiene 6,24x1018 electrones, entonces en 600 culombios:

13. Ley de Ohm 7. El bombillo de una linterna consume 300 mA de una batería de 1,5 V. • a) Cuál es la resistencia de la bombilla? • b) Si la batería se debilita y su voltaje desciende a 1,2 V cuál es la nueva corriente?

14. a) Por ley de ohm: • Si el voltaje cambia a 1,2 ; por ley de Ohm:

15. Corriente eléctrica en la naturaleza salvaje 8. En un relámpago típico se puede transferir una energía de 10 Giga julios a través de una diferencia de potencial de 50 Mega Voltios durante un tiempo de 0,2 segundos. • Estime la cantidad de carga transferida entre la nube y la tierra. • La potencia promedio entregada durante los 0,2 segundos.

16. a) Por definición de culombio: • 1 Gigajulio = 109 julios • 50 Megavoltios = 50x106 voltios • Potencia es energía sobre tiempo:

17. Circuitos 9. Dos resistores de 100 ohmios están conectados en paralelo y en serie a una batería de 24 VDC. • Cuál es la corriente a través de cada resistor • Cuál es la resistencia equivalente en cada circuito?

18. a) Con los resistores en serie, la corriente igual a través de cada uno • Resistores en paralelo, la Req es: • Como ambas resistencias tienen la misma magnitud, la • corriente a través de cada una es la mitad de la corriente total • Con una resistencia de 50 ohm en serie

19. b) La resistencia equivalente es: • Para el circuito en serie: • Para el circuito en paralelo:

20. Transformadores 10. Un transformador para uso doméstico reduce el voltaje de 120 VAC a 9 VAC. La bobina secundaria tiene 30 espiras y extrae 300 mA. Calcule: • El número de espiras de la bobina primaria. • La potencia transformada

21. a) Utilizando la proporción (N es número de espiras): • La bobina primaria tiene 400 espiras • b) La potencia es igual antes y después de la transformación, por lo • tanto:

22. EM2011Serie de Problemas 02-Aplicaciones- G 09 NL 15 Juan Manuel Flórez Universidad Nacional de Colombia Depto. de Física Mayo 2011

23. Aplicaciones • Dibuje un esquema que ilustre el principio de funcionamiento de un espectrómetro de masas y explicite dónde están las leyes de Maxwell • Se almacena la muestra, que debe ser gaseosa. Todo el proceso se realiza en alto vacío. • La muestra pasa por un acelerador, un campo eléctrico en el que la fuerza es (por ley de Coulomb): • Las partículas se someten a un campo magnético que sale de la página y experimentan una fuerza de Lorentz: • Las partículas más pesadas tienen un mayor radio de giro y terminan más cerca de este lado • Las partículas más livianas tienen un menor radio de giro y terminan más cerca de este lado

24. Aplicaciones • Dibuje un esquema que ilustre el principio de funcionamiento de un magnetrón (el corazón de un horno de microondas) de masas y explicite dónde están las leyes de Maxwell • Un magnetrón es básicamente un cilindro con un cable por el que se hace pasar una corriente y éste despide electrones por ley • de Richardson. Las paredes del cilindro tienen una diferencia de potencial con respecto al cable, esto hace que los electrones • fluyan hacia ellas. • Un campo magnético paralelo al cable hace que los electrones experimenten una fuerza de Lorentz y describan trayectorias • espirales, generando microondas por este desplazamiento. • Unas cavidades de centímetros de diámetro permiten que sólo las ondas de centímetros de longitud pasen, es decir, las microondas.

25. Diseño Éste es un dispositivo que se puede acoplar a la rueda de un carro. Consiste en uno o dos imanes puestos en el interior de la rueda, de modo que giren con ella. Delante y detrás de la rueda se ponen dos bobinas conectadas a condensadores o baterías para almacenar la energía que producen los imanes al girar e inducir corriente eléctrica en la bobina por ley de Faraday

26. EM2011Serie de Problemas 03-Ondas Electromagnéticas- G 09 NL15 Juan Manuel Flórez Universidad Nacional de Colombia Depto. de Física Mayo 2011

27. Ondas electromagnéticas En la alta atmósfera terrestre la radiación proveniente del Sol alcanza a la Tierra a una tasa aproximada de 1350 W/m^2. Suponga que esta es una sola onda EM y calcule los valores aproximados de E y B.

28. Ondas electromagnéticas La radiación proveniente del Sol que llega a la superficie de la Tierra luego de atravesar la atmósfera transporta energía a una tasa de 1000 W/m^2. Estime la presión y la fuerza ejercida por el Sol, en un día soleado: • sobre una superficie de 10 cm x 20 cm (0,02m2 ) Sobre la superficie de la tierra (Aprox. 2,55x108 Km2 iluminados)